假如要提高搭載于移動終端或汽車內(nèi)的鋰離子電池的性能,起火的危險(xiǎn)也會隨之提高。原因是傳統(tǒng)的鋰離子電池使用了易燃的液體作為電解質(zhì)。為此,日本正在推進(jìn)將電解質(zhì)替換成不會燃燒的陶瓷材料等固體的“全固態(tài)蓄電池”的開發(fā)。下面就隨電源管理小編一起來了解一下相關(guān)內(nèi)容吧。

“現(xiàn)在智能手機(jī)充滿電要1小時(shí)以上,但新型蓄電池力爭實(shí)現(xiàn)1秒內(nèi)滿充電”,東京工業(yè)大學(xué)教授一杉太郎說出了這樣的豪言壯語。一杉教授正嘗試通過提高固體電解質(zhì)和電池正極間的性能,實(shí)現(xiàn)前所未有的瞬間充電。

東京工業(yè)大學(xué)試制的全固態(tài)鋰離子電池

目前的電池充電耗費(fèi)時(shí)間是因?yàn)檫@回使不同固體的氧化物之間接觸不良,電阻增強(qiáng)。一杉認(rèn)為“假如能將不同種的固體在原子層面上連接起來,就能降低電阻”。他基于這一想法正反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。

一杉使用了備受汽車廠商關(guān)注的“氧化鋰·鎳·錳”作為正極,而用磷酸鋰作為電解質(zhì)。通過應(yīng)用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù),在正極表面使電解質(zhì)形成薄膜,從而使固體電解質(zhì)和正極間的阻力降低到了液體電解質(zhì)與正極間的阻力的五分之一至十分之一。

東京工業(yè)大學(xué)正在與大型半導(dǎo)體相關(guān)公司共同開發(fā),預(yù)計(jì)在一年后試生產(chǎn)可以實(shí)際使用的電池。下一個(gè)目標(biāo)是汽車。該大學(xué)將和大型汽車廠商聯(lián)合,將在薄膜上得到實(shí)證的低阻力應(yīng)用到塊狀電池上,力爭開發(fā)出可以長時(shí)間使用的電池。

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)也在開展使用氧化物電解質(zhì)的全固體蓄電池的開發(fā)。總體負(fù)責(zé)相關(guān)項(xiàng)目的日本物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人高田和典謹(jǐn)慎地指出,“盡管薄膜的開發(fā)勢頭很好,但要替換車用的塊狀電池還要時(shí)間”。盡管如此,一杉教授還是自信地表示,“假如解決了薄膜上的問題,塊狀也同樣適用”。

長崎大學(xué)開發(fā)的氧化物的固體電解質(zhì)。通電前(左)和短路后發(fā)黑的狀態(tài)

一方面,參加了日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的長崎大學(xué)的準(zhǔn)教授山田博俊表示正在進(jìn)行提高電流密度、實(shí)現(xiàn)大容量化的研究。在電解質(zhì)中使用陶瓷材料“氧化鋰·鑭·鋯·鉈”,而在負(fù)極使用金屬鋰。

作為負(fù)極材料,金屬鋰的儲電量最優(yōu)。但是在反復(fù)的充放電中,金屬鋰中會生成一種叫做樹突的樹枝狀結(jié)晶,穿過電解質(zhì)到達(dá)正極,從而引起短路。

山田準(zhǔn)教授開發(fā)了抑制樹突生成的新技術(shù),并在三月于東京都八王子市召開的學(xué)術(shù)界會議“電氣化學(xué)會”上發(fā)表了這一技術(shù)。

電解質(zhì)通過氧化物的粒子燃燒固化后制成,而樹突是燒結(jié)后在粒子間的縫隙中流通形成的。對此,山田準(zhǔn)教授等將直徑約2微米的氧化物粒子和低熔點(diǎn)的氫氧化鋰混合燒結(jié),使得厚約0.5微米的氫氧化鋰覆蓋在粒子表面,擠滿間隙。通電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,與未覆蓋的粒子相比,短路之前的電流密度可以提高至3倍。

山田準(zhǔn)教授表示,“將力爭作為可通過太陽能、風(fēng)力和震動充電的傳感器用電源投入實(shí)際使用”。

全固態(tài)電池的商品化雖然才剛開始,但安全和高性能使其具有巨大的吸引力。除汽車外,未來還有望被應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)(ioT)用傳感器,遠(yuǎn)程回收自然資源等。